(57)【要約】  本発明の課題は、色ずれや色ムラの抑制及び蛍光体の劣化を抑制できるとともに簡素な構成で、蛍光体の光取り出し効率の高い発光装置を提供することである。本発明の発光装置は、第１の特定波長の光を出射するＬＥＤ素子と、第１の特定波長の光を受けて第２の特定波長の光で発光する蛍光体と、第１の特定波長の光と第２の特定波長の光が入射する入射面と、入射した光が出射する出射面とを有する光学素子とを有する発光装置において、光学素子は、入射面が出射面と入射面との境界部よりも、ＬＥＤ素子側に突出した形状であり、入射面の少なくとも一部に、蛍光体を設置する蛍光体領域と、蛍光体領域を囲むように非蛍光体領域とが設けられ、非蛍光体領域の少なくとも一部の面が、光学素子の光軸に直交する面に対して傾斜している傾斜面に形成されるとともに、蛍光体をＬＥＤ素子に近接配置したことを特徴とする発光装置である。
2011016295.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の特定波長の光を出射するＬＥＤ素子と、
該第１の特定波長の光を受けて第２の特定波長の光で発光する蛍光体と、
前記第１の特定波長の光と前記第２の特定波長の光が入射する入射面と、入射した光が出射する出射面とを有する光学素子と、
を有する発光装置において、
前記光学素子は、前記入射面が前記出射面と前記入射面との境界部よりも、前記ＬＥＤ素子側に突出した形状であり、前記入射面の少なくとも一部に、前記蛍光体を設置する蛍光体領域と、前記蛍光体領域を囲むように非蛍光体領域とが設けられ、
前記非蛍光体領域の少なくとも一部の面が、前記光学素子の光軸に直交する面に対して傾斜している傾斜面に形成されるとともに、
前記蛍光体を前記ＬＥＤ素子に近接配置したことを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記ＬＥＤ素子は基台上に設けられ、
前記光学素子の前記入射面に前記基台上の前記ＬＥＤ素子が入り込む凹部が形成されており、
前記凹部を形成する内壁面に前記蛍光体が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記蛍光体領域及び前記非蛍光体領域と、前記ＬＥＤ素子との間に空間が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の発光装置。
【請求項４】
前記空間が気体層とされていることを特徴とする請求項３に記載の発光装置。
【請求項５】
前記凹部は、前記ＬＥＤ素子の全周囲を覆うことによって、前記空間が、前記蛍光体領域と前記ＬＥＤ素子との間の第１の空間部と、前記非蛍光体領域と前記基台との間の第２の空間部とに区画されていることを特徴とする請求項３に記載の発光装置。
【請求項６】
前記第１の空間部が気体層とされていることを特徴とする請求項５に記載の発光装置。
【請求項７】
前記第１の空間部が樹脂層とされていることを特徴とする請求項５に記載の発光装置。
【請求項８】
前記第１の空間部のうち、前記ＬＥＤ素子の表面に樹脂層が設けられ、前記樹脂層と前記蛍光体領域との間が気体層とされていることを特徴とする請求項５に記載の発光装置。
【請求項９】
前記第２の空間部が気体層とされていることを特徴とする請求項５〜８のいずれか一項に記載の発光装置。
【請求項１０】
前記第２の空間部が樹脂層とされていることを特徴とする請求項７に記載の発光装置。
【請求項１１】
前記ＬＥＤ素子の発光面の形状と、前記蛍光体領域の形状とが、相似形であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の発光装置。
【請求項１２】
前記ＬＥＤ素子が青色光を出射するＬＥＤ素子であり、
前記蛍光体が前記青色光により励起されて黄色光を出射する蛍光体であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の発光装置。
【請求項１３】
前記光学素子がガラス製であることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の発光装置。
【請求項１４】
請求項１に記載の発光装置の製造方法において、
複数の光学素子がその周縁部で互いに連続して形成されてなる光学素子ユニットを成形する光学素子ユニット成形工程と、
前記光学素子ユニット成形工程後、各光学素子の前記蛍光体領域に蛍光体をそれぞれ設ける蛍光体領域形成工程と、
基台に、前記複数の光学素子に対応する複数のＬＥＤ素子をそれぞれ設置するＬＥＤ素子設置工程と、
前記光学素子の前記蛍光体領域と前記ＬＥＤ素子とが互いに対向するように、前記光学素子ユニットと前記基台とを接合する接合工程と、
前記接合工程後に、一つのＬＥＤ素子及び一つの光学素子の単位毎に、前記光学素子ユニット及び前記基台を切断する切断工程と、を備えることを特徴とする発光装置の製造方法。
【請求項１５】
前記蛍光体領域形成工程では、前記入射面に前記ＬＥＤ素子が配置される凹部を形成し、前記凹部内に蛍光体分散液を塗布又は滴下することによって前記凹部を形成する内壁面に前記蛍光体領域を形成することを特徴とする請求項１４に記載の発光装置の製造方法。
【請求項１６】
請求項１に記載の発光装置の製造方法において、
前記光学素子を成形する光学素子成形工程と、
前記光学素子成形工程後、前記凹部が上面になるように前記光学素子を設置し、前記凹部内に溶媒中に蛍光体が分散された分散液を滴下する滴下工程と、
滴下された分散液を乾燥させることで蛍光体領域を形成する蛍光体領域形成工程と、
前記蛍光体領域が形成された凹部内にＬＥＤ素子を設置するＬＥＤ設置工程と、を有することを特徴とする発光装置の製造方法。
【請求項１７】
前記蛍光体領域形成工程後に、前記蛍光体領域が形成された凹部内に樹脂を滴下する樹脂滴下工程と、前記樹脂滴下工程後に、前記凹部内にＬＥＤチップを設置することを特徴とする請求項１６に記載の発光装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光装置及び発光装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、照明等の用途においてＬＥＤ素子からの光を励起光として用いて蛍光体を発光させることで、白色光を得る発光装置が開発されている。【０００３】
このような発光装置としては、例えば、ＬＥＤ素子から出射された青色光により黄色光を出射する蛍光体を用い、それぞれの光を混色させることで白色光とする発光装置や、ＬＥＤ素子から出射された紫外光により、青色、緑色、赤色の光を出射する蛍光体を用いて、蛍光体から出射された３色の光を混色させることで白色光とする発光装置などが知られている。【０００４】
このような発光装置の構成として、具体的には、図１５（ａ）に示すように、ＬＥＤチップ２０１上に溶媒等に分散させた蛍光体２０２を塗布乾燥した後に、硬化性樹脂等２０３により封止することで発光装置としたものが開発されている。【０００５】
しかしながら、ＬＥＤチップに蛍光体を塗布する場合、ＬＥＤチップ上には配線が設けられるため、均一な塗布が困難であるという問題があった。また、塗布後に配線を保護するための封止材を設ける際に、塗布した蛍光体が封止材中に流出することで均一性が損なわれ、色ムラの原因となる場合があった。【０００６】
また、別の形態としては、図１５（ｂ）に示すように、蛍光体２０２が分散された硬化性樹脂２０３により直接ＬＥＤチップ２０１を封止することで、発光装置としたものも開発されている。このような構成においても、封止材中で蛍光体が均一に分散された状態を保持するのは非常に困難であり、封止材の硬化中に蛍光体が沈殿することで均一性が損なわれ、色ムラの原因になる場合があった。【０００７】
また、これらの発光装置の用途が、自動車のヘッドライト等の高輝度が求められる領域に拡大していることもあり、現在、白色ＬＥＤの高出力化が進行している。【０００８】
しかし、高出力化に伴ってＬＥＤチップの発熱が増大し、発光装置の温度上昇を招いている。上述のように、ＬＥＤチップ上に蛍光体が直接塗布されるか、もしくは封止材に分散された形で直接ＬＥＤチップ上に設けられる場合には、ＬＥＤチップの発熱により蛍光体が熱劣化する場合がある。【０００９】
そのような場合、青色光と黄色光を混色させることで白色光を形成するタイプの発光装置の場合には、黄色光の発光が弱くなることで色のバランスが崩れ、色ムラや色調変化が発生する問題があった。また、赤、緑、青の光を出射する蛍光体を用いて白色光を形成するタイプの発光素子の場合は、特定の色の蛍光体が劣化することで、色のバランスが崩れ、色ムラや色調変化が発生する場合があった。【００１０】
そこで、この問題を解決するために、図１５（ｃ）に示すように、ＬＥＤチップ２０１と蛍光体層２０２を分離して設け、蛍光体の温度上昇を抑制する方法が提案されている（例えば、特許文献１）。【００１１】
また、ＬＥＤチップと蛍光体層とを分離するその他の技術として、図１５（ｄ）に示すように、外付けのレンズ２０４に素子収容部を設け、素子収容部の内周面に蛍光体層２０２を設けて、ＬＥＤチップ２０１を一体的に包囲するようにした技術がある（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００７−６６９３９号公報
【特許文献２】特開２００４−２６６１４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、上記特許文献１の方法では、青色のＬＥＤチップと黄色の蛍光体の発光点が分離するため、角度による色ずれや色ムラが発生するという問題があった。【００１４】
また、上記特許文献２の方法によれば、ＬＥＤチップと蛍光体とを直接接触することなく距離を近づけることができるため、熱による劣化や色ずれの抑制は可能である。しかしながら、蛍光体からの出射光は蛍光体粒子から等方的に出射するため、蛍光体からの出射光はレンズの光軸方向と直交する方向にも出射されることとなる。【００１５】
特許文献２の形態においては、蛍光体層と光学素子のＬＥＤチップ側の面が実質的に同一平面状に位置するため、蛍光体から出射された横方向（レンズの光軸と直交する方向）の光は、そのまま光学素子の出射面に到達することとなり、前方に光を集光することが困難となる。そのため、自動車のヘッドライト等高い指光性が求められる用途としては、正面方向の光の利用効率が十分に得られないという問題があった。【００１６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、色ずれや色ムラの抑制及び蛍光体の劣化を抑制できるとともに簡素な構成で、指光性が求められる用途においても、光の利用効率が高い発光装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の一態様によれば、
第１の特定波長の光を出射するＬＥＤ素子と、
該第１の特定波長の光を受けて第２の特定波長の光で発光する蛍光体と、
前記第１の特定波長の光と前記第２の特定波長の光が入射する入射面と、入射した光が出射する出射面とを有する光学素子と、
を有する発光装置において、
前記光学素子は、前記入射面が、前記出射面と前記入射面との境界部よりも前記ＬＥＤ素子側に突出した形状であり、前記入射面の少なくとも一部に、前記蛍光体を設置する蛍光体領域と、前記蛍光体領域を囲むように非蛍光体領域とが設けられ、
前記非蛍光体領域の少なくとも一部の面が、前記光学素子の光軸に直交する面に対して傾斜している傾斜面に形成されるとともに、
前記蛍光体を前記ＬＥＤ素子に近接配置したことを特徴とする発光装置が提供される。【００１８】
なお、ここで近接配置とは、前記蛍光体と前記ＬＥＤ素子との最短距離が１ｍｍ以内であることを言う。前記蛍光体と前記ＬＥＤ素子との最短距離が０．１ｍｍであるとさらに望ましい。【００１９】
本発明の他の態様によれば、
前記の一態様に記載の発光装置の製造方法において、
複数の光学素子がその周縁部で互いに連続して形成されてなる光学素子ユニットを成形する光学素子ユニット成形工程と、
前記光学素子ユニット成形工程後、各光学素子の前記蛍光体領域に蛍光体をそれぞれ設ける蛍光体領域形成工程と、
基台に、前記複数の光学素子に対応する複数のＬＥＤ素子をそれぞれ設置するＬＥＤ素子設置工程と、
前記光学素子の前記蛍光体領域と前記ＬＥＤ素子とが互いに対向するように、前記光学素子ユニットと前記基台とを接合する接合工程と、
前記接合工程後に、一つのＬＥＤ素子及び一つの光学素子の単位毎に、前記光学素子ユニット及び前記基台を切断する切断工程と、を備えることを特徴とする発光装置の製造方法が提供される。【００２０】
本発明のさらに他の態様によれば、
前記の一態様に記載の発光装置の製造方法において、
前記光学素子を成形する光学素子成形工程と、
前記光学素子成形工程後、前記凹部が上面になるように前記光学素子を設置し、前記凹部内に溶媒中に蛍光体が分散された分散液を滴下する滴下工程と、
滴下された分散液を乾燥させることで蛍光体領域を形成する蛍光体領域形成工程と、
前記蛍光体領域が形成された凹部内にＬＥＤ素子を設置するＬＥＤ設置工程と、を有することを特徴とする発光装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、ＬＥＤチップと蛍光体の発光点の分離による色ずれや色ムラを抑制できるとともに、蛍光体の温度上昇による劣化を抑制することができる。また、簡素な構成で、製造が容易である。【００２２】
さらに、非蛍光体領域の少なくとも一部の面が光軸に直交する面に対して傾斜しているので、この傾斜した面が反射面となることで、指光性が求められる用途においても、光の利用効率が高くなる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１の実施形態における発光装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】第２の実施形態における発光装置の概略構成を示す断面図である。
【図３】発光装置の好ましい設計パラメータを示した断面図である。
【図４】発光装置の製造方法を示した断面図である。
【図５】発光装置の製造方法を示した断面図である。
【図６】第３の実施形態における発光装置の概略構成を示す断面図である。
【図７】第４の実施形態における発光装置の概略構成を示す断面図である。
【図８】第５の実施形態における発光装置の概略構成を示す断面図である。
【図９】第６の実施形態における発光装置の概略構成を示す断面図である。
【図１０】（ａ）（ｂ）は、第７の実施形態における発光装置の概略構成を示す断面図である。
【図１１】（ａ）〜（ｃ）は、第８の実施形態における発光装置の概略構成を示す断面図である。
【図１２】（ａ）は第２の実施形態の発光装置であり、（ｂ）（ｃ）は、第２の実施形態の変形例である。
【図１３】（ａ）は第３の実施形態の発光装置であり、（ｂ）〜（ｄ）は、第３の実施形態の変形例である。
【図１４】（ａ）は第５の実施形態の発光装置であり、（ｂ）〜（ｄ）は、第５の実施形態の変形例である。
【図１５】（ａ）〜（ｄ）は従来例の発光装置である。
【図１６】第３の実施形態における発光装置の製造方法を示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照しながら本発明の好ましい実施形態について説明する。
【００２５】
［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態における発光装置の概略構成を示す断面図である。発光装置１００は、ＬＥＤチップ１と、ＬＥＤチップ１が固定されたマウント部材２と、集光レンズ３と、集光レンズ３に設けられた蛍光体領域４と、を備えている。
【００２６】
ＬＥＤチップ１は、第１の所定波長の光を出射するものであり、本実施の形態においては青色光を出射するようになっている。但し、本発明のＬＥＤチップ１の波長及び蛍光体の出射光の波長は限定されず、ＬＥＤチップ１による出射光の波長と、蛍光体による出射光の波長とが補色関係にあり合成された光が白色光となる組合せが最も好適であるが、白色光以外の光を発光するＬＥＤ出射光と蛍光体出射光の組合せであっても良い。
【００２７】
なお、このようなＬＥＤチップ１としては、公知の青色ＬＥＤチップを用いることができる。青色ＬＥＤチップとしては、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ系をはじめ既存のあらゆるものを使用することができる。青色ＬＥＤチップの発光ピーク波長は４４０〜４８０ｎｍのものが好ましい。また、ＬＥＤチップの形態としては、基板上にＬＥＤチップを実装し、そのまま上方又は側方に放射させるタイプ、又は、サファイア基板などの透明基板上に青色ＬＥＤチップを実装し、その表面にバンプを形成した後、裏返して基板上の電極と接続する、いわゆるフリップチップ接続タイプなど、どのような形態のＬＥＤチップでも適用することが可能だが、高輝度タイプやレンズ使用タイプの製造方法により適するフリップチップタイプがより好ましい。
【００２８】
マウント部材２は、略平板状の部材であり、その上面中央には下向きに窪む凹部２１が形成されている。凹部２１を形成する底面２１１は、略平坦な面とされ、内周側面は凹部の底面２１１からマウント部材２の上端縁に向けて拡径する傾斜面２１２となっている。傾斜面２１２には、例えばＡｌ、Ａｇ等のミラー部材が設けられていることが好ましい。マウント部材２としては、特に限定はされないが、光反射性に優れ、ＬＥＤチップ１からの光に対して劣化しにくい材料を用いるのが好ましい。このようなマウント部材２の凹部２１を形成する底面２１１の略中央部にＬＥＤチップ１が固定されている。
【００２９】
集光レンズ３は、ＬＥＤチップ１の上方に設けられ、ＬＥＤチップ１から出射された第１の所定波長の光（青色光）及び蛍光体領域４から出射された第２の所定波長の光（黄色光）を集光させるためのものである。
【００３０】
集光レンズ３は、低融点ガラスや金属ガラス等のガラス材料からなる両凸レンズである。集光レンズ３のＬＥＤチップ１からの光が入射する入射面３１は、ＬＥＤチップ１側に向けて突出しており円錐台形状となっている。つまり、突出した入射面３１は、中央部の平坦な面３１１と、中央部の平坦な面３１１を囲み、集光レンズ３の周縁部へと拡径するように傾斜する傾斜面３１２と、傾斜面３１２に連続して設けられ集光レンズ３の周縁部に向けて延びる平坦な面３１３と、を備える。
【００３１】
中央部の平坦な面３１１は、集光レンズ３の光軸が直交する面と略平行であり、ＬＥＤチップ１の上面と対向配置され、ＬＥＤチップ１と最も近い領域となっている。そして、この平坦な面３１１が蛍光体領域４とされている。
【００３２】
蛍光体領域４の形状は、ＬＥＤチップ１の上面と略等しい形状である。また、蛍光体領域４の位置は、ＬＥＤチップ１と接触しない範囲でＬＥＤチップ１に近接して設けられることが好ましい。蛍光体領域４の位置と、ＬＥＤチップ１との位置を調整するため、中央の平坦な面３１１の端部に突起部を設けて、蛍光体領域４とＬＥＤチップ１との位置関係を調整可能な構成とすることも好ましい。
【００３３】
傾斜面３１２及び周縁部の平坦な面３１３は非蛍光体領域５となっている。傾斜面３１２は、集光レンズ３の光軸が直交する面に対して傾斜している。周縁部の平坦な面３１３は、マウント部材２の上端縁と密着した状態で封止材６等により接合されている。
【００３４】
このようにマウント部材２上に集光レンズ３が接合されることによって、蛍光体領域４及び非蛍光体領域５とＬＥＤチップ１との間に密閉された空間７が形成される。その結果、外気の酸素や湿度による劣化を抑制することが可能となる。この空間７には気体が充填されて気体層Ｋとなっており、例えば窒素等の気体がパージされることが好ましい。
【００３５】
また、ＬＥＤチップ１と蛍光体領域４との間に気体層Ｋを設けることによって、ＬＥＤチップ１で発生した熱が蛍光体領域４や封止材６に伝達しにくく、蛍光体の温度上昇による色調の変化を抑制し、蛍光体や封止材６の劣化を防止することが可能となり、蛍光体の発光強度が熱により低下することによる色ずれや色ムラを抑制するとともに、蛍光体が熱により経時劣化して失活することによる色ずれや色ムラも効果的に抑制することができる。
【００３６】
また、蛍光体領域４のＬＥＤチップ１側に低屈折率層である気体層Ｋが配置されることから、図１や図２の矢印Ｚで示すように、蛍光体からＬＥＤチップ１側に放射された光が傾斜面３１２により全反射され易く、蛍光体からの出射光の利用効率が高い配置となる。つまり、集光レンズ３の入射面３１のうち傾斜面３１２である非蛍光体領域５が全反射リフレクタとして機能する。
【００３７】
一方、集光レンズ３の光が出射する出射面３３は、略半球状をなしている。この出射面３３の形状は、その他、ドーム状、非球面状、シリンドリカル形状など、集光特性や配光特性等を考慮して所望に設計された形状を任意に用いることができる。また、出射面３３側は、集光レンズ３の中央に窪みを有する形状なども、任意に用いることができる。厚さや直径なども、特に限定されるものではない。また、集光レンズ３の出射面３３を集光性のフレネル構造とすることで集光レンズ３を薄型化することができ、発光装置１００をさらに小型化することが可能となる。
【００３８】
蛍光体領域４は、ＬＥＤチップ１から出射される第１の所定波長の光を第２の所定波長に変換する蛍光体を有している。本実施の形態では、ＬＥＤチップ１から出射される青色光を黄色光に変換するようになっている。
【００３９】
このような蛍光体領域４に用いられる蛍光体は、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｅ、Ｓｍ、Ａｌ、Ｌａ及びＧａの原料として酸化物、又は高温で容易に酸化物になる化合物を使用し、それらを化学量論比で十分に混合して原料を得る。又は、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｅ、Ｓｍの希土類元素を化学量論比で酸に溶解した溶解液を蓚酸で共沈したものを焼成して得られる共沈酸化物と、酸化アルミニウム、酸化ガリウムとを混合して混合原料を得る。これにフラックスとしてフッ化アンモニウム等のフッ化物を適量混合して加圧し成形体を得る。成形体を坩堝に詰め、空気中１３５０〜１４５０℃の温度範囲で２〜５時間焼成して、蛍光体の発光特性を持った焼結体を得ることができる。
【００４０】
また、このようにして得られた蛍光体を、光透過性樹脂等の樹脂材料をバインダーとして用い、当該バインダーと蛍光体との混合材料を集光レンズ３の入射面の一部に塗布、硬化して蛍光体領域４とすることで蛍光体粒子が分散された蛍光体領域４とすることができる。バインダーとして熱可塑性樹脂を用いると十分な耐熱性が得るのが困難であるため、バインダーとしては、耐熱性の高い材料、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等の硬化性樹脂やガラス等を用いることが可能であるが、溶融時の熱による蛍光体の失活の問題を考慮すると、光透過性の良好な硬化性樹脂を用いることが好ましい。
【００４１】
蛍光体を分散する際には樹脂やガラスの代わりに無機酸化物を用いても良い。具体的には、無機酸化物と溶媒を含む分散液中に蛍光粒子を混合、塗布した後に焼成することで、蛍光粒子含有無機酸化物膜を作成しても良い。このような方法によればガラスをバインダーとして用いる場合と比較すると比較的低温で、無機物のみからなる蛍光体領域４を形成することが可能であり、高い耐熱性が得られる。
【００４２】
また、蛍光体領域４を作成する場合には、集光レンズ３の入射面３１のうちの平坦な面３１１に、蛍光体の微粒子を基材に衝突させて成膜する、エアロゾル・デポジション法等を用いることも可能である。
【００４３】
エアロゾル・デポジション法による成膜装置としては、「応用物理」誌６８巻１号４４ページ、特開２００３−２１５２５６号公報等に開示されている構成などを利用することができる。
【００４４】
続いて、発光装置１００の動作について説明する。
【００４５】
まず、ＬＥＤチップ１が集光レンズ３に向かって青色光を出射すると、この青色光は気体層７を介して蛍光体領域４に入射する。すると、この青色光によって励起された蛍光体領域４の蛍光体から黄色光が出射する。
【００４６】
これにより、蛍光体領域４を透過した青色光と、蛍光体で生じた黄色光とが重ね合わされて、白色光として出射される。このとき、非蛍光体領域５の傾斜面が全反射リフレクタとして機能し光利用効率が向上する。
【００４７】
なお、以上の発光装置１００は、自動車用のヘッドライトなどとして好適に使用することができる。
【００４８】
以上、本発明の第１の実施形態によれば、集光レンズ３の入射面３１が、出射面３３と入射面３１との境界部よりもＬＥＤチップ１側に突出した形状であり、入射面３１の少なくとも一部に、蛍光体領域４と、蛍光体領域４を囲むように非蛍光体領域５が設けられているので、蛍光体領域４とＬＥＤチップ１との距離をより近づけることができ、ＬＥＤチップ１と蛍光体の発光点の分離による色ずれや色ムラを抑制することができる。
【００４９】
また、ＬＥＤチップ１とは別に設けられた集光レンズ３に蛍光体領域４を設けることにより、ＬＥＤチップ１の熱が蛍光体に直接伝達されず、蛍光体の温度上昇を抑制できる。そして、蛍光体に与えられた熱は集光レンズ３により放熱することが可能となり、蛍光体の劣化を抑制することができる。
【００５０】
また、集光レンズ３に蛍光体領域４を設けることで、蛍光体領域４を設ける部材と光を集光させたりする機能を有する集光レンズを別々に設ける必要がなく、簡素な構成で優れた発光装置１００とすることができる。
【００５１】
さらに、非蛍光体領域５の少なくとも一部の面が光軸に直交する面に対して傾斜しているので、この傾斜面３１２が反射面となることで、蛍光体からの出射光の利用効率が高くなる。
【００５２】
また、蛍光体領域４及び非蛍光体領域５と、ＬＥＤチップ１との間の空間７が気体層Ｋとされているので、低屈折率層である気体層Ｋによって、蛍光体からＬＥＤチップ１側に放射された光が全反射され易く、蛍光体からの出射光の利用効率が高くなる。また、気体層ＫによってＬＥＤチップ１の熱が蛍光体領域４へ伝わりづらく、蛍光体の温度上昇も抑制される。
【００５３】
また、集光レンズ３がガラス製であれば、樹脂製に比較して集光レンズ自体の熱劣化を抑制することができる。また、樹脂と比較すると、熱伝導性が高いため、蛍光体の熱を効率的に放熱でき、蛍光体の熱劣化を抑制することができる。
【００５４】
［第２の実施形態］
図２は、第２の実施形態における発光装置の概略構成を示す断面図である。第２の実施形態では、第１の実施形態と比較して集光レンズの形状及び蛍光体領域が異なっている。
【００５５】
詳細には、集光レンズ３Ａの入射面３１側は、ＬＥＤチップ１側に向けて突出している。突出した入射面３１の中央部には、上向きに窪んで、ＬＥＤチップ１が配置される凹部３２が形成されている。凹部３２を形成する内壁面（天面及び内周側面）３２１が蛍光体領域４となっている。凹部３２は、ＬＥＤチップ１の上面及び側面を覆っており、蛍光体領域４もＬＥＤチップ１の上面及び側面を覆っている。蛍光体が設けられる内壁面３２１と、ＬＥＤチップ１の発光面の形状とが相似形となっている。
【００５６】
図示するように入射面３１は、凹部３２を形成する内壁面３２１と、凹部３２を囲んでマウント部材２の底面２１に当接する当接面３１４と、当接面３１４から集光レンズ３Ａの周縁部へと拡径するように傾斜する傾斜面３１２と、傾斜面３１２に連続して設けられ集光レンズ３Ａの周縁部に向けて延びる平坦な面３１３と、を備えている。
【００５７】
そして、当接面３１４、傾斜面３１２及び周縁部の平坦な面３１３が非蛍光体領域５となっている。当接面３１４は、湾曲し、マウント部材２の凹部２１の底面２１１に当接している。傾斜面３１２は、集光レンズ３Ａの光軸が直交する面に対して傾斜している。周縁部の平坦な面３１３は、マウント部材２の上端縁と密着した状態で封止材６等により接合されている。その結果、ＬＥＤチップ１からの光が外部へ漏れないようになっている。
【００５８】
このようにマウント部材２上に集光レンズ３Ａが接合されることによって、凹部３２によってＬＥＤチップ１の全周囲が覆われる。その結果、第１の実施の形態で説明した蛍光体領域４及び非蛍光体領域５とＬＥＤチップ１との間の空間７が、蛍光体領域４とＬＥＤチップ１との間の第１の空間部７１と、非蛍光体領域５とマウント部材２の底面２１１及び傾斜面２１２との間の第２の空間部７２とに区画される。第１及び第２の空間部７１，７２は気体層Ｋとされ、例えば窒素等の気体がパージされている。
【００５９】
第１の実施形態と同様に、第２の空間部７２を気体層Ｋとすることによって、集光レンズ３Ａの入射面３１のうち非蛍光体領域５が全反射リフレクタ（反射部位）として機能する。
【００６０】
次に、上記発光装置の好ましい設計パラメータについて説明する。図３は、発光装置の好ましい設計パラメータを示した断面図である。
【００６１】
集光レンズの曲率Ｒ、屈折率ｎ、集光レンズの傾斜面の角度θ（光軸に直交する面と傾斜面とのなす角度）の最適範囲は、下記の式を満たすことが好ましい。
０．３＜ｎ・（√θ）／Ｒ２＜５．０
集光レンズの曲率Ｒ、傾斜面の角度θが上記範囲内である場合には、集光レンズによる屈折率効果と反射面による光路変化の効果のバランスが良く、光を効率良く正面方向に導くことができる。
【００６２】
具体的に好ましい数値は次の通りである（長さの単位はｍｍ）。集光レンズの曲率Ｒが３．１５、屈折率ｎが１．５８、集光レンズの凹部の深さが０．２２以下、集光レンズの凹部の幅が√２、集光レンズの出射面と入射面との境界部から入射面の平坦な面３１３までの鉛直方向の高さが０．２５である。マウント部材の幅が８、マウント部材の凹部の幅が４．６、マウント部材の凹部を形成する底面の幅が２．０である。ＬＥＤチップは１ｍｍ角である。
【００６３】
次に、上記発光装置の製造方法について説明する。図４、図５は、発光装置の製造方法を示した断面図である。
【００６４】
まず、図４（ａ）に示すように、複数の集光レンズ３Ａがその周縁部が連続した状態で形成されてなる光学素子ユニット３０を成形する。
【００６５】
具体的には、ガラス基板の一方の面と、集光レンズ３Ａの入射面側の形状に対応したキャビティを複数有する成形型（図示しない）との間に集光レンズ３Ａのガラス材料を充填して硬化させ、次いで、ガラス基板の他方の面と、集光レンズ３Ａの出射面側の形状に対応したキャビティを複数有する成形型（図示しない）との間に集光レンズ３Ａのガラス材料を充填して硬化させた後、離型する。これによってガラス基板の両面にレンズ部を有する複数の集光レンズ３Ａが、その周縁部が連続した状態の光学素子ユニット３０として成形される（光学素子ユニット成形工程）。
【００６６】
なお、光学素子ユニット３０の成形方法は、これに限らず周知のガラスモールド成形や射出成形等によって成形しても良い。
【００６７】
次いで、図５に示すように、得られた光学素子ユニット３０を、凹部３２が上側に向くように配置する。そして、蛍光体を溶媒に分散させた分散液を各凹部３２内に滴下し、乾燥させる。乾燥させると、蛍光体は表面張力によって中央部が凹むため、凹部３２の内壁面３２１に蛍光体が塗布されて蛍光体領域４となる（蛍光体領域形成工程）。
【００６８】
なお、蛍光体領域形成工程では、集光レンズ３に形成した凹部３２の内壁面３２１に、予め、濡れ性を向上させる処理を施しておき、その上で蛍光体を溶媒に分散させた状態で塗布、乾燥させることが好ましい。例えば分散する樹脂や溶媒が親水性であれば、塗布部も親水性であるほうが、濡れ性が良好となり、良質な膜を作成することができ、疎水性の場合も同様なことが言える。親水性にする表面処理方法としては例えばコロナ処理に代表されるプラズマ放電処理やカップリング反応処理、オゾン処理、紫外線処理等があり、いずれの処理方法を用いても良い。また適当なカップリング反応処理剤を用いることで疎水性に表面状態を変化させることができる。
【００６９】
一方、図４（ａ）に示すように、上面に複数の凹部２１が形成された基台２０を準備し、各凹部２１の底面２１１にＬＥＤチップ１をそれぞれ固定し、配線等を行っておく（ＬＥＤ素子設置工程）。
【００７０】
次いで、図４（ｂ）に示すように、蛍光体領域４がＬＥＤチップ１側を向くようにして、集光レンズ３Ａの周縁部と基台２０の上端縁とを封止材（図示しない）によって接合する（接合工程）。なお、ＬＥＤチップ１と蛍光体領域４との間の第１の空間部７１及び非蛍光体領域５と基台２０上との間の第２の空間部７２に、それぞれ窒素等の気体をパージして気体層Ｋとしても良い。
【００７１】
その後、一つのＬＥＤチップ１及び一つの集光レンズ３Ａの単位毎に、隣接する集光レンズ３Ａの間及び基台２０を切断する（切断工程）。切断によって、マウント部材２に、蛍光体領域４を有する集光レンズ３Ａが接合されてなる発光装置１００が複数製造される。
【００７２】
以上のように、第２の実施形態では第１の実施形態と同様に、集光レンズ３Ａの入射面３１の一部に蛍光体領域４と、蛍光体領域４を囲むように非蛍光体領域５が設けられているので、蛍光体領域４とＬＥＤチップ１との距離をより近づけることができ、ＬＥＤチップ１と蛍光体の発光点の分離による色ずれや色ムラを抑制することができる。また、ＬＥＤチップ１の熱を蛍光体に直接伝達させることなく、蛍光体の温度上昇を抑制でき、蛍光体の熱劣化を抑制することができる。また、蛍光体領域４を設ける部材と光を集光させたりする機能を有する集光レンズを別々に設ける必要がなく、簡素な構成で優れた発光装置１００とすることができる。
【００７３】
さらに、非蛍光体領域５の傾斜面３１２が反射面となることで、蛍光体からの出射光の光利用効率が高くなる。
【００７４】
また、特に第２の実施形態では、集光レンズ３Ａの入射面３１にＬＥＤチップ１が配置される凹部３２が形成され、この凹部３２を形成する内壁面３２１に蛍光体領域４が設けられているので、ＬＥＤチップ１から出射された光を囲むように蛍光体領域４が配置される構造となる。したがって、ＬＥＤチップ１の表面全体（ＬＥＤチップ１の上面及び側面）から発する光を蛍光体の励起光として使用することができるため、ＬＥＤチップ１からの出射光をより効率的に利用することができる。
【００７５】
また、第２の実施形態では、第１の空間部７１が気体層Ｋとされているので、断熱効果により、蛍光体の温度上昇を抑制できる。また第２の空間部７２が気体層Ｋとされているので、傾斜した非蛍光体領域５が反射部位となって蛍光体の出射光の光利用効率が高くなる。
【００７６】
さらに、ＬＥＤチップ１の発光面の形状と蛍光体領域４が設けられる面とが、相似形であるので、ＬＥＤチップ１から発する光を蛍光体領域４で囲むことができ、この点でも、ＬＥＤチップ１及び蛍光体の発光点の分離による色ずれや色ムラの抑制に有効である。
【００７７】
発光装置１００の製造方法にあっては、成形型に集光レンズ３Ａの成形材料を充填して硬化し、複数の集光レンズ３Ａが連続した状態で形成された光学素子ユニット３０を成形し、その後、各集光レンズ３ＡのＬＥＤチップ３側に突出した入射面３１の少なくとも一部に蛍光体領域４をそれぞれ設ける。
【００７８】
また、基台２０に複数の集光レンズ３Ａに対応する複数のＬＥＤチップ１をそれぞれ設置し、集光レンズ３Ａの蛍光体領域４とＬＥＤチップ１とが互いに対向するように光学素子ユニット３０と基台２０とを接合する。接合したら、一つのＬＥＤチップ１及び一つの集光レンズ３Ａの単位毎に、光学素子ユニット３０及び基台２０を切断する。その結果、一度に複数の発光装置１００を製造することができ、製造効率を向上させることができる。
【００７９】
さらに、集光レンズ３Ａの入射面３１には、ＬＥＤチップ１が配置される凹部３２を形成しておき、凹部３２内に蛍光体を塗布又は滴下することによって凹部３２を形成する内壁面３２１に蛍光体領域４を形成する。このように凹部３２内に蛍光体分散液を溜めて乾燥することで容易に蛍光体領域４を形成することができる。
【００８０】
［第３の実施形態］
図６は、第３の実施形態における発光装置の概略構成を示す断面図である。第３の実施形態では、第２の実施形態と比較して第１の空間部７１には光透過性樹脂が充填され樹脂層Ｊとなっている点で異なる。なお、第２の空間部７２は第２の実施形態と同様に気体層Ｋとされており、その他の構成も第２の実施形態と同様である。
【００８１】
樹脂層Ｊとしては、例えば、硬化性樹脂が好ましく、耐熱性の観点でエポキシ樹脂が特に好ましい。
【００８２】
したがって、第３の実施形態では、第１の空間部７１は樹脂層Ｊとされているので、ＬＥＤチップ１の上面と空間部７１との屈折率差を小さくすることができ、ＬＥＤチップ１からの光取り出し効率を高くすることができるとともに、ＬＥＤチップ１の熱を効率良く放熱することができる。また、第２の空間部７２は気体層Ｋとされているので、非蛍光体領域５の傾斜面が反射部位となって蛍光体からの出射光の光利用効率が高くなる。
【００８３】
次に、上記樹脂層Ｊの作成方法について説明する。図１６は、樹脂層Ｊの作成方法を示した図である。
【００８４】
まず、図５と同様に得られた光学素子ユニット３０を、凹部３２が上側に向くように配置する。蛍光体を溶媒に分散させた分散液を各凹部３２内に滴下し、乾燥させる。乾燥させると、蛍光体は表面張力によって中央部が凹むため、凹部３２を内壁面３２１に蛍光体が塗布されて蛍光体領域４となる（蛍光体領域形成工程）。
【００８５】
次に、上記蛍光体領域４の上から、凹部３２内に樹脂を滴下する。その後、ＬＥＤチップ１を設置した基台２０を上から押し当てることで、空間部７１を樹脂で充填することができる。
【００８６】
［第４の実施形態］
図７は、第４の実施形態における発光装置の概略構成を示す断面図である。第４の実施形態では、第２の実施形態と比較して第１の空間部７１及び第２の空間部７２に樹脂が充填され樹脂層Ｊとなっている点で異なる。その他の構成は第２の実施形態と同様である。
【００８７】
したがって、第４の実施形態では、第１の空間部７１及び第２の空間部７２が樹脂層Ｊとされているので、ＬＥＤチップ１の光取り出し効率が高く、ＬＥＤチップ１の熱を効率良く放熱することができる。
【００８８】
第２の空間部７２を樹脂層Ｊとするには、実施例３と同様の手法を用いる。蛍光体領域４の上から、凹部３２内に樹脂を滴下する際に樹脂量を調整し、空間部７２まで樹脂が行き渡る量とすることで、ＬＥＤチップ１を設置した基台２０を上から押し当てた際に、空間部７２まで樹脂で充填することができる。
【００８９】
［第５の実施形態］
図８は、第５の実施形態における発光装置の概略構成を示す断面図である。第５の実施形態では、第２の実施形態と比較して第１の空間部７１のうち、ＬＥＤチップ１の表面にのみ樹脂が充填され、この樹脂層Ｊと蛍光体領域４との間は気体層Ｋとされている。その他の構成は第２の実施形態と同様である。ＬＥＤチップ１の表面に充填する樹脂としては、低温硬化ガラスやエポキシ樹脂等が挙げられる。
【００９０】
第５の実施形態では、第１の空間部７１のうち、ＬＥＤチップ１の表面に樹脂層Ｊが設けられ、その他が気体層Ｋとされているので、樹脂量を低減でき、樹脂の熱劣化を抑制することができる。また、樹脂層ＪによってＬＥＤチップ１の配線の酸化劣化や断線を抑制することができる。また、樹脂層Ｊが気体層ＫとＬＥＤチップ１の表面層との中間程度の屈折率を有するため、ＬＥＤチップ１からの光取り出し効率を高めることが可能となる。さらに、第２の空間部７２が気体層Ｋとされているので、傾斜した非蛍光体領域５が反射部位となって蛍光体からの出射光の光利用効率が高くなる。
【００９１】
［第６の実施形態］
図９は、第６の実施形態における発光装置の概略構成を示す断面図である。第６の実施形態では、第５の実施形態と比較して集光レンズ３Ｂが樹脂からなる点で異なる。その他の構成は第５の実施形態と同様である。
【００９２】
集光レンズ３Ｂの樹脂材料としては、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂等の光硬化性樹脂を使用することができる。
【００９３】
したがって、第６の実施形態では、集光レンズ３Ｂを樹脂から形成することによって、容易に成形可能である。
【００９４】
［第７の実施形態］
図１０（ａ）（ｂ）は、第７の実施形態における発光装置の概略構成を示す断面図である。第７の実施形態では、第５の実施形態と比較して、マウント部材２の下面に放熱板８１（図１０（ａ）参照）や、さらに放熱板８１に放熱フィン８２（図１０（ｂ）参照）が設けられている点で異なる。
【００９５】
放熱板８１や放熱フィン８２としては、アルミニウム等からなるものが挙げられる。
【００９６】
したがって、第７の実施形態では、放熱板８１や放熱フィン８２によって、発光装置１００の放熱効果をより高めることができる。
【００９７】
［第８の実施形態］
図１１（ａ）〜（ｃ）は、第８の実施形態における発光装置の概略構成を示す断面図である。第８の実施形態では、第５の実施形態と比較して、集光レンズ３Ｃの入射面３１の凹部３２を除く部分が、マウント部材２の凹部２１の底面２１１及び傾斜面２１２に当接して、集光レンズ３Ｃがマウント部材２の凹部２１内に嵌め込まれている点で異なる。
【００９８】
また、図１１（ａ）では、第１の空間部７１のＬＥＤチップ１の表面にのみ樹脂が充填され、この樹脂層Ｊと蛍光体領域４との間は気体層Ｋとされている。図１１（ｂ）では、第１の空間部７１が気体層Ｋとされている。図１１（ｃ）では、第１の空間部７１のすべてが樹脂で充填され樹脂層Ｊとなっている。
【００９９】
したがって、第８の実施形態では、集光レンズ３Ｃの入射面３１の凹部３２を除く部分がマウント部材２の凹部２１の底面２１１及び傾斜面２１２に当接して、集光レンズ３Ｃがマウント部材２の凹部２１内にきっちり嵌め込まれているので、強度面で優れる。この場合、非蛍光体領域５とマウント部材２の傾斜面２１２との間に金属等の反射面が設けられることが好ましい。
【０１００】
次に、第２の実施形態、第３の実施形態及び第５の実施形態の変形例について説明する。また、ＬＥＤチップ１と蛍光体領域４との間を気体層Ｋとする場合、樹脂層Ｊとする場合、ＬＥＤチップ１の表面にのみ樹脂層Ｊとする場合について、ＬＥＤチップ１の光取り出し効率、蛍光体からの出射光の光利用効率、蛍光体の温度、製造の容易さ、強度面で比較評価する。
【０１０１】
［変形例１］
図１２（ａ）は第２の実施形態の発光装置であり、図１２（ｂ）（ｃ）は、第２の実施形態の変形例である。
【０１０２】
図１２（ｂ）は、第２の実施形態と比較して、集光レンズ３Ｄの入射面３１の一部がマウント部材２の底面２１１に当接していない点（当接面３１４が無い点）で異なる。つまり、集光レンズ３の傾斜面３１２と凹部３２との間には、平坦な面３１５が凹部３２及び傾斜面３１２に連続して設けられている。この平坦な面３１５は、マウント部材２の底面２１１と離隔しているため、蛍光体領域４及び非蛍光体領域５と、ＬＥＤチップ１との間には一つの空間７のみが形成されている。
【０１０３】
図１２（ｃ）は、第２の実施形態と比較して、集光レンズ３Ｅの入射面３１の一部である当接面３１６が平坦な面とされ、マウント部材２の底面２１１に当接している。当接面３１６が平坦な面であるため、当接面積が第２の実施形態の場合よりも大きくなっている。
【０１０４】
第２の実施形態及び変形例１のように、蛍光体領域４とＬＥＤチップ１との間の空間７，７１を気体層Ｋとした場合、ＬＥＤチップ１の光取り出し効率は樹脂層Ｊとした場合に比べて劣るものの、蛍光体からの出射光の光利用効率は低屈折率層である気体層Ｋが配置されることで、蛍光体からＬＥＤチップ１側に放射された光が蛍光体領域４と気体層Ｋとの界面で全反射され易く、結果として集光レンズの出射面側に出射する光が増加するため蛍光体からの出射光の光利用効率が高くなる。
【０１０５】
また、気体層ＫによってＬＥＤチップ１の熱が蛍光体領域４へ伝わりづらく、蛍光体の温度上昇も抑制される。なお、製造の容易さについては、封止樹脂の形の制御の必要が無いので、比較的容易である。さらに、強度面では、ＬＥＤチップ１の配線が樹脂で封止されていないので、それほど強度に優れているとは言えない。
【０１０６】
［変形例２］
図１３（ａ）は第３の実施形態の発光装置であり、図１３（ｂ）〜（ｄ）は、第３の実施形態の変形例である。
【０１０７】
図１３（ｂ）は、第３の実施形態と比較して、集光レンズ３Ｄの入射面３１の一部がマウント部材２の底面２１１に当接していない点（当接面３１４が無い点）で異なる。つまり、集光レンズ３の傾斜面３１２と凹部３２との間には、平坦な面３１５が凹部３２及び傾斜面３１２に連続して設けられている。この平坦な面３１５は、マウント部材２の底面２１１と離隔しているため、蛍光体領域４及び非蛍光体領域５と、ＬＥＤチップ１との間には一つの空間のみが形成されている。
【０１０８】
図１３（ｃ）は、第３の実施形態と比較して、集光レンズ３Ｅの入射面３１の一部である当接面３１６が平坦な面とされ、マウント部材２の底面２１１に当接している。当接面３１６が平坦な面であるため、当接面積が第３の実施形態の場合よりも大きくなっている。
【０１０９】
図１３（ｄ）は、図１３（ｂ）において、ＬＥＤチップ１の上面及び側面だけでなく、マウント部材２の底面２１１全体まで樹脂が充填され樹脂層Ｊが形成されている点で異なる。
【０１１０】
第３の実施形態及び変形例２のように、蛍光体領域４とＬＥＤチップ１との間の空間７，７１を樹脂層Ｊとした場合、樹脂層ＪによってＬＥＤチップ１との屈折率差が小さくなり、ＬＥＤチップ１の光取り出し効率が高くなる。一方、蛍光体からの出射光のうちＬＥＤチップ１側に出射された光の反射率が下がるため、蛍光体からの出射光の光利用効率に関しては、気体層Ｋとした場合に比べて劣る。さらに、樹脂層ＪによってＬＥＤチップ１の熱を効率良く放熱することができる。また、製造の容易さについては、封止樹脂の形の制御が必要であるからあまり容易ではない。しかし、強度面では、ＬＥＤチップ１の配線が樹脂で封止されるので好ましい。
【０１１１】
［変形例３］
図１４（ａ）は第５の実施形態の発光装置であり、図１４（ｂ）〜（ｄ）は、第５の実施形態の変形例である。
【０１１２】
図１４（ｂ）は、第５の実施形態と比較して、集光レンズ３Ｄの入射面３１の一部がマウント部材２の底面２１１に当接していない点（当接面３１４が無い点）で異なる。つまり、集光レンズ３の傾斜面３１２と凹部３２との間には、平坦な面３１５が凹部３２及び傾斜面３１２に連続して設けられている。この平坦な面３１５は、マウント部材２の底面２１１と離隔しているため、蛍光体領域４及び非蛍光体領域５と、ＬＥＤチップ１との間には一つの空間７のみが形成されている。
【０１１３】
図１４（ｃ）は、第５の実施形態と比較して、集光レンズ３Ｅの入射面３１の一部である当接面３１６が平坦な面とされ、マウント部材２の底面２１１に当接している。当接面３１６が平坦な面であるため、当接面積が第５の実施形態の場合よりも大きくなっている。
【０１１４】
図１４（ｄ）は、図１４（ｂ）において、ＬＥＤチップ１の上面及び側面だけでなく、マウント部材２の底面２１１全体まで樹脂が充填され樹脂層Ｊが形成されている点で異なる。
【０１１５】
第５の実施形態及び変形例３のように、蛍光体領域４とＬＥＤチップ１との間の空間７，７１のうち、ＬＥＤチップ１の表面に樹脂層Ｊが設けられ、その他の空間を気体層Ｋとした場合、樹脂層ＪによってＬＥＤチップ１との屈折率差が小さくなり、ＬＥＤチップ１の光取り出し効率が高くなる。その上、蛍光体からの出射光の光利用効率についても、低屈折率層である気体層Ｋが配置されることで、蛍光体からＬＥＤチップ１側に放射された光が全反射され易く、蛍光体からの出射光の光利用効率が高くなる。また、樹脂層にＬＥＤチップ１の熱が放熱されやすくなるとともに、気体層Ｋの断熱効果により蛍光体への熱は伝わりづらくなる。また、製造の容易さについては、封止樹脂の形の制御が必要であるからあまり容易ではない。しかし、強度面では、ＬＥＤチップ１の配線が樹脂で封止されるので好ましい。
【実施例】
【０１１６】
以下、本発明について実施例及び比較例を用いて具体的に説明する。なお、すべてのサンプルに使用する青色ＬＥＤは、１０００μｍ×１０００μｍ×１００μｍの大きさのものを用いてフリップチップタイプで実装した。【０１１７】
また黄色蛍光粒子は下記の方法で作成したものを用いた。【０１１８】
下記蛍光体原料を充分に混合した混合物をアルミ坩堝に充填し、これにフラックスとしてフッ化アンモニウム等のフッ化物を適量混合し、水素含有窒素ガスを流通させた還元雰囲気中において、１３５０〜１４５０℃の温度範囲で２〜５時間焼成して焼成品
（（Ｙ０．７２Ｇｄ０．２４）３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ０．０４）
を得た。【０１１９】
Ｙ２Ｏ３    …  ７．４１ｇ
Ｇｄ２Ｏ３  …  ４．０１ｇ
ＣｅＯ２    …  ０．６３ｇ
Ａｌ２Ｏ３  …  ７．７７ｇ
その後、得られた焼成品を、粉砕、洗浄、分離、乾燥することで所望の蛍光体を得た。得られた蛍光体を粉砕することで５μｍ程度の粒径の蛍光体粒子としたものを用いた。【０１２０】
なお、得られた蛍光体粒子について、組成を調べたところ、所望の蛍光体であることを確認でき、波長４６５ｎｍの励起光における発光波長を調べたところ、おおよそ波長５７０ｎｍにピーク波長を有していた。【０１２１】
＜試料（１）＞
ダイセル株式会社製芳香族含有エポキシ樹脂と硬化剤としてのＤＩＣ株式会社製酸無水物ＥＰＩＣＬＯＮ  Ｂ−６５０とを各当量で混合した。混合した樹脂１μｌに蛍光体を１ｍｇ混合して、図１５（ａ）に従ってＬＥＤ上に塗布し、１６０℃で１０分間加熱して硬化した。その後、同樹脂をＬＥＤ周囲に塗布、硬化して試料１を作成した。ＬＥＤチップ、基板寸法は図３に従って作成した。【０１２２】
＜試料（２）＞
ダイセル株式会社製芳香族含有エポキシ樹脂と硬化剤としてのＤＩＣ株式会社製酸無水物ＥＰＩＣＬＯＮ  Ｂ−６５０とを各当量で混合した。混合した樹脂８μｌに蛍光体を１ｍｇ混合して、図１５（ｂ）に従ってＬＥＤ上に塗布し、１６０℃で１０分間加熱して硬化して試料２を作成した。ＬＥＤチップ、基板寸法は図３に従って作成した。【０１２３】
＜試料（３）＞
試料２と同様に樹脂中に蛍光粒子を混合し、厚み０．２ｍｍ、直径５．６ｍｍの円盤状に硬化して、図１５（ｃ）のように試料３を作成した。【０１２４】
＜試料（４）＞
特開２００４−２６６１４８号公報を参考にして図１５（ｄ）に従って発光素子を作成した。樹脂にはダイセル株式会社製芳香族含有エポキシ樹脂と硬化剤としてのＤＩＣ株式会社製酸無水物ＥＰＩＣＬＯＮ  Ｂ−６５０とを各当量で混合し、その混合物を１６０℃で１０分間硬化させて用いた。また、混合する蛍光体量は１ｍｇとし、基板、レンズ寸法は図３に従い、上記樹脂を用いてレンズを作成した。【０１２５】
＜試料（５）＞
ダイセル株式会社製芳香族含有エポキシ樹脂と硬化剤としてのＤＩＣ株式会社製酸無水物ＥＰＩＣＬＯＮＢ−６５０とを各当量で混合した。混合した樹脂１μｌに蛍光体を１ｍｇ混合して、図１のガラスで作成したレンズ入射面に塗布して素子を作成した。【０１２６】
レンズ、基板寸法は図３に従って作成し、蛍光体塗布部は直径１．５ｍｍの円形とし、蛍光体部底面とＬＥＤ表面との距離は２００μｍとした。【０１２７】
＜試料（６）＞
図３を参考に図２に示す形状のガラス製レンズを作成し、試料５と同様の方法で試料６を作成した。【０１２８】
＜試料（７）＞
試料６と同様の方法でレンズ、蛍光体層を作成し、ＬＥＤと蛍光体層との間を上述した第３の実施の形態の方法で、樹脂で埋めて試料７を作成した。樹脂にはダイセル株式会社製芳香族含有エポキシ樹脂と硬化剤としてのＤＩＣ株式会社製酸無水物ＥＰＩＣＬＯＮ  Ｂ−６５０とを各当量で混合し、その混合物を１６０℃で１０分間硬化させて用いた。【０１２９】
＜試料（８）＞
試料６と同様の方法でレンズ、蛍光体層を作成し、ＬＥＤと蛍光体層との間を上述した第４の実施の形態の方法で、樹脂で埋めて試料７を作成した。樹脂にはダイセル株式会社製芳香族含有エポキシ樹脂と硬化剤としてのＤＩＣ株式会社製酸無水物ＥＰＩＣＬＯＮ  Ｂ−６５０とを各当量で混合し、その混合物を１６０℃で１０分間硬化させて用いた。【０１３０】
＜試料（９）＞
試料６と同様の方法でレンズ、蛍光体層を作成した。図８に示すようにＬＥＤとワイヤーを覆うように樹脂層を作成した。樹脂層の作成方法は１．３ｍｍ×１．３ｍｍ×０．１５ｍｍの寸法で作成した金型の中に樹脂を充填し、ＬＥＤチップを押し付けて硬化し、金型から取り外して作成した。樹脂にはダイセル株式会社製芳香族含有エポキシ樹脂と硬化剤としてのＤＩＣ株式会社製酸無水物ＥＰＩＣＬＯＮ  Ｂ−６５０とを各当量で混合し、その混合物を１６０℃で１０分間硬化させて用いた。【０１３１】
＜試料（１０）＞
レンズをダイセル株式会社製芳香族含有エポキシ樹脂と硬化剤としてのＤＩＣ株式会社製酸無水物ＥＰＩＣＬＯＮ  Ｂ−６５０とを各当量で混合し、その混合物を１６０℃で１０分間硬化させて作成した以外は、試料９と同様の方法で試料１０を作成した。【０１３２】
以上のように試料（１）〜試料（１０）を作製した後、下記の評価方法に従って評価を行った。その結果を下記表１及び表２に示した。【０１３３】
《正面輝度》
試料（１）の正面輝度を１としたときの、試料（２）〜試料（１０）の正面輝度を相対値で示した。測定は分光放射輝度計ＣＳ−１０００（コニカミノルタセンシング製）を用いて、正面からの発光輝度（２°視野角正面輝度）を測定した。【０１３４】
《輝度変化》
試料（１）〜試料（１０）の発光装置を１２時間点灯させた後の正面輝度を上記と同様に測定し、１２時間前後での輝度変化を行った。評価基準は以下の通りである。【０１３５】
×：輝度劣化２５％以上
△：輝度劣化１０％以上２５％未満
○：輝度劣化５％以上１０％未満
◎：輝度劣化５％未満。【０１３６】
《色ずれ》
一般的に発光点から離れるほど色ずれは顕著になるので、優れた素子ほど発光点から離れても色ずれが生じないと判断できる。そこで、発光点から一定の距離に写る光の色を目視で観察し色ずれ発生の有無を調べた。評価基準は以下の通りである。【０１３７】
×：０．５ｍ未満の距離で色ずれ無し
△：１．５ｍ未満の距離で色ずれ無し
○：３ｍ未満の距離で色ずれ無し
◎：３ｍ以上の距離でも色ずれ無し。【０１３８】
《色ムラ》
色ムラとは発光面内の色分布を意味しており、発光点から離れるほど光源の面積の影響は小さくなり、色ムラの影響は小さくなる。そこで、発光素子を一定の距離に照射し、目視で色ムラ具合を評価した。【０１３９】
×・・・光源から２０ｃｍの距離に照射すると色ムラが識別できる
△・・・光源から１０ｃｍの距離に照射すると色ムラが識別できる
○・・・光源から５ｃｍの距離に照射すると色ムラが識別できる
◎・・・光源から５ｃｍ未満の距離に照射しても色ムラ無し。【０１４０】
《耐衝撃性》
試料（５）〜試料（１０）の発光装置に対してＪＩＳ  Ｄ  ５５００に記載されている耐衝撃性試験を行い耐衝撃性を調べた。試験後のＬＥＤチップの状態を下記の評価基準で判断した。【０１４１】
△：機能上の問題は無いが、ＬＥＤチップと集光レンズがわずかに傾いていた
○：機能上の問題は無いが、集光レンズがわずかに傾いていた
◎：全く変化無し。【０１４２】
【表１】
2011016295.tif 000003
【０１４３】
【表２】
2011016295.tif 000004
【０１４４】
表１の結果より、本発明である試料（５）〜試料（１０）は、比較例である試料（１）〜試料（４）に比べて正面輝度が高く、輝度の劣化も小さかった。さらに、色ずれや色ムラの発生もほとんど生じなかった。【０１４５】
《まとめ》
（ａ）試料（１）、試料（２）
ＬＥＤチップの発熱による発光効率及び輝度の低下や、蛍光体粒子の均一塗布ができないことによる色ムラの発生が生じることがわかる。
（ｂ）試料（３）
ＬＥＤチップの青色光と蛍光体の黄色光のそれぞれの配光角度の違いから色ずれが生じることがわかる。
（ｃ）試料（４）
光の出射面側と反対側に放出される黄色光を反射する部位がないため、輝度の低下が発生することがわかる。
（ｄ）試料（５）
ＬＥＤチップと蛍光体領域とを近い距離に配置することによって、試料（３）のような色ずれを防止することができる。また、ＬＥＤチップと蛍光体領域とが完全に接触していないため、ＬＥＤチップからの熱を蛍光体領域に伝達させずに、効率的に放熱できる。また、入射面の非蛍光体領域を反射部位とすることで、試料（４）とは異なり、蛍光体の黄色光を効率的に特定の方向（前方）に取り出すことができる。
（ｅ）試料（６）
試料（５）に比べて、ＬＥＤチップが集光レンズの凹部内に配置され、ＬＥＤチップの周囲が集光レンズのガラスで覆われているため、ＬＥＤチップの周辺が気体である状態よりも熱を素子外へ効率良く放熱することができ、発光効率の向上、熱変化の低減が可能となる。
（ｆ）試料（７）
試料（８）に比べて、第２の空間部は気体層となっているので、集光レンズとの屈折率差が大きくなり、非蛍光体領域である反射部での蛍光体からの出射光の反射率が高くなり、結果として出射光の利用効率が向上する。
（ｇ）試料（８）
試料（６）に比べて、第１及び第２の空間部を樹脂で充填することで、ＬＥＤチップとその周辺との屈折率差が低減される。これによって、ＬＥＤチップからの光取り出し効率が向上し、設計に近い青色光を得ることが可能となる。その結果、色ずれ、色ムラが改善する。但し、わずかに樹脂の熱劣化が発生する。
（ｈ）試料（９）
試料（７）に比べて、樹脂量を少なくすることで樹脂の熱劣化を低減できる。
（ｉ）試料（１０）
試料（９）に比べて、熱劣化は大きくなるが、集光レンズは樹脂でも良好な特性が得られる。
【符号の説明】
【０１４６】
１  ＬＥＤチップ（ＬＥＤ素子）
２  マウント部材
２０  基台
３  集光レンズ（光学素子）
３０  光学素子ユニット
３１  入射面
３１２  傾斜面
３２  凹部
３２１  内壁面
３３  出射面
４  蛍光体領域
５  非蛍光体領域
６  封止材
７  空間
７１  第１の空間部
７２  第２の空間部
Ｋ  気体層
Ｊ  樹脂層
１００  発光装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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